湿空气的性质及湿空气湿度的计算方法
湿空气的性质及湿度图
湿空气的性质及湿度图
一、 湿空气的性质
（一）湿度H 湿度又称湿含量，是湿空气中水汽的质量与绝干空气的质量比。即
湿空气的性质及湿度图
湿度也可以理解成1kg的绝干空气对应的湿空气中水蒸气的质量。 常压下湿空气可视为理想气体，由道尔顿分压定律可知，混合气体 中各组分的摩尔比等于分压比，则式（9－1）可变为
显然，比热容仅是湿度的函数。
湿空气的性质及湿度图
（五）离心泵的工作原理
当湿空气的温度为t，湿度为H时，1kg绝干空气和Hkg水汽的焓 之和为湿空气的焓值，以IH表示，即
IH=Ig+HIw
（9－8）
式中IH——湿空气的焓，kJ/kg
Ig——绝干空气的焓，kJ/kg
Iw——水汽的焓，kJ/kg水汽。
湿空气的性质及湿度图
湿空气的性质及湿度图
（二）相对湿度
在一定总压下，湿空气中水汽分压pw与同温度水的饱和蒸气压ps 的百分比称为相对湿度百分数，简称为相对湿度，以φ表示，即
湿空气的性质及湿度图
湿度是湿空气含水量的绝对值，由湿度不能判别湿空气能否 作为干燥介质。相对湿度反映空气的不饱和程度，由其可判断湿 空气能否作为干燥介质。当pw=ps时，φ=1，表示湿空气被水汽 所饱和，称为饱和空气，饱和空气不能再吸收水分，因此不能作 为干燥介质；当pw=0时，φ=0，表示湿空气中不含水分，为绝干 空气，这时的空气具有最大的吸湿能力。所以相对湿度值越小， 表明该湿空气的不饱和程度越大，其干燥能力越强。
湿空气的性质及湿度图
（六）湿空气的温度
1. 干球温度
用普通温度计直接测得的湿空气的温度称 为湿空气的干球温度，简称温度，以t表示。它 是湿空气的真实温度。
湿空气的性质及湿度图
8.2湿空气的性质与湿度图.
8.2湿空气的性质与湿度图8.2.1湿空气的性质湿空气：含有湿分的空气。
基准：干燥过程中，绝干空气的质量不变，故干燥计算以单位质量绝干空气为基准。
如何表征空气中所含水分的大小？通常用两个参数：湿度、相对湿度。
1.湿度（湿含量）H湿度H是湿空气中所含水蒸汽的质量与绝干空气质量之比。
（1）定义式式中：M a——干空气的摩尔质量，kg/kmol；M v——水蒸汽的摩尔质量，kg/kmol；——湿空气中干空气的千摩数，kmol；——湿空气中水蒸汽的千摩尔数，kmol。
（2）以分压比表示式中：——水蒸汽分压，N/；P——湿空气总压，N/。
（3）饱和湿度Hs：若湿空气中水蒸汽分压恰好等于该温度下水的饱和蒸汽压Ps，此时的湿度为在该温度下空气的最大湿度,称为饱和湿度，以Hs表示。
p——同温度下水的饱和蒸汽压，N/。
式中：s注：由于水的饱和蒸汽压只与温度有关，故饱和湿度是湿空气总压和温度的函数。
2.相对湿度φ当总压一定时,湿空气中水蒸汽分压p v与一定总压下空气中水汽分压可能达到的最大值之比的百分数,称为相对湿度。
⑴定义式⑵意义：相对湿度表明了湿空气的不饱和程度，反映湿空气吸收水汽的能力。
φ=1（或100%），表示空气已被水蒸汽饱和,不能再吸收水汽，已无干燥能力。
φ愈小，即Pv 与Ps 差距愈大，表示湿空气偏离饱和程度愈远，干燥能力愈大。
⑶H 、φ、t 之间的函数关系：可见，对水蒸汽分压相同，而温度不同的湿空气，若温度愈高，则Ps 值愈大，φ值愈小，干燥能力愈大。
以上介绍的是表示湿空气中水分含量的两个性质，下面来学习与热量衡算有关的性质。
3.湿比热c H ：定义：将1kg 干空气和其所带的Hkg 水蒸气的温度升高1℃所需的热量。
简称湿热。
kJ/kg 干空气·℃式中：Ca ——干空气比热，其值约为1.01 kJ/kg 干空气·℃Cv ——水蒸汽比热, 其值约为1.88 kJ/kg 干空气·℃4.焓I ：湿空气的焓为单位质量干空气的焓和其所带Hkg 水蒸汽的焓之和。
9-1-1湿空气参数
（九）露点td
定义：将湿空气等湿等压冷却至饱和时的温度。（水蒸 气分压pv也不变）
H= H s,td 0.622
ps,td pT ps,td
ps,td f ( td )
对于空气-水系统： 不饱和湿空气：t>tw=tas>td 饱和湿空气： t=tw=tas=td
总结 已知：pT, a/kH=1.09
作业：P385 9-1 9-3
结论：需要已知2个参数方能确定空气的状态， 但不是任2个参数都是独立变量。
[例9-2]已知湿空气的总压pT=1.013×105Pa，相对湿度
j=60%，干球温度t=30℃，试求：（1）湿度H；（2）
露点td；（3）将上述情况湿空气在预热器内加热到100℃ 时所需热量。已知湿空气的质量流量为100kg干空气/h。
（八）绝热饱和温度tas
定义：用大量的水将空气
绝热冷却至饱和时 空气的温度。
注意：少量的湿空气与大量水 接触。
传热达平衡时，空气传给水分的显 热等于水分汽化所需的潜热。因此，
可视为等焓过程。 I1=(1.01+1.88H)t+r0H I2=(1.01+1.88Has)tas+r0Has I1=I2
变量：H, Hs, pv, ps, j, I, t, tw, tas 共9个 方程：共7个
p H 0.622 pT p
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
I=(1.01+1.88H)t+2490H
ro t as = t - as ( H as - H ) cH
j=pv/ps
tw=tas ps=f(t)
ps H s 0.622 pT ps
定义：1kg绝干空气及其所带的水气的比热容之和 cpa=1.01kJ/(kg.K) cpw=1.88kJ/(kg.K)
8.2 湿空气的性质与湿度图解读
式中： Ma——干空气的摩尔质量，kg/kmol； Mv——水蒸气的摩尔质量，kg/kmol； na——湿空气中干空气的千摩尔数，kmol； nv——湿空气中水蒸汽的千摩尔数，kmol。
2、以分压比表示
pv H 0.622 P pv
式中： pv——水蒸汽分压，N/m2 P——湿空气总压，N/m2
Cv——水蒸汽比热, 其值约为1.88 kJ/kg干空气· ℃
四、焓I： 湿空气的焓为单位质量干空气的焓和其 所带Hkg水蒸汽的焓之和。 计算基准：0℃时干空气与液态水的焓等于零。
I I g Iv H cg t (r0 cv t ) H r0 H (cg cv H ) t 2492 H (1.01 1.88 H ) t 2492 H cH t
（8-5）
当湿空气可视为理想气体时，则有：
nv pv pv ng pg P pv
式中：
（8-5）
pv——空气中水蒸汽分压力；
pg——干空气分压力；
18.02nv pv H 0.622 28.95ng P pv
即：
（8-6）
H f ( P，pv )
H f ( pv )
3、H、φ、t 之间的函数关系：
ps H 0.622 p ps
H f (，t )
（8-12）
（8-13）
可见，对水蒸汽分压相同，而温度不同的湿 空气，若温度愈高，则Ps值愈大，φ 值愈小，干 燥能力愈大。
湿度 H 只能表示出水汽含量的绝对值，而 相对湿度却能反映出湿空气吸收水汽的能力。
kg 湿气 1 H 3 m 湿气 VH
（8-21）
六、露点 td
空气湿度的计算
空气湿度的计算
由湿空气定义可知:1Kg干空气所带有的水蒸气的质量为含湿量,以d表示,则
d=mv/ma=（Mv·nv）/（Ma·na）（Kg·水蒸气p·干空气）,其中Mv为水蒸气的摩尔质量,18.016×10^(-3)Kg/mol,Ma为干空气的摩尔质量,28.97×10^(-3)Kg/mol。
由气体的分压定律可以知道理想气体混合物中各组元的摩尔数之比等于分压力之比,且Pa=P-Pv,其中Pa为干空气的分压力,Pv为水蒸气的饱和分压力,P为混合湿空气的压力。
所以,上述公式d=mv/ma=(18.016/28.97)·Pv/pa=0.622×Pv/(P-Pa)
这里引入湿空气相对湿度的概念,湿空气中水蒸气的分压力pv,与同一温度、同样总压力的饱和湿空气中水蒸气分压力Ps的比值,成为相对湿度,以θ表示,则θ=Pv/Ps,而一般我们所讨论的湿空气均为大气,所以Ps=P=0.1MPa.因此,θ
=Pv/P。
所以,上述公式可进一步演变为：d=0.622×Pv/(P-Pa)=0.622×θ×Ps/(P-θ·Ps),通过查水蒸气饱和分压表可以知道,20℃,相对湿度100%,1个大气压的条件下,水蒸气的饱和分压为Ps=2338.1pa
所以,Pv=θ×Ps=1×2338.1=2338.1Pa
所以,d=0.622×Pv/(P-Pv)=0.622×2338.1/(101325-2338.1)=0.01469Kg(水蒸气)/Kg（干空气）=14.96g/Kg·干空气.。
第2讲 湿空气的物理性质和i-d图
焓湿图的作用？
简化计算； 直观描述湿空气状态变化过程。
上页 下页
焓湿图（i-d）的组成：
等温线t，
i=1.01t+d(2500+1.84t)
等焓线i， 等含湿量线d，
等相对湿度线φ ，
水蒸气分压力线Pq，
d 0 . 622
Pqb
B Pqb
ε 角系数线。
4、等温加湿过程 A-F ：通过向空气中喷水 蒸气或与空气温度相同的水而实现， 即该过程近似于等温加湿过程。 5、等焓加湿过程 A-E ：采用喷水室喷循环 水对空气进行加湿处理
湿空气的等焓减湿过程
利用固体吸湿剂（硅胶或氯化钙）干燥空气时，湿空气的部
分水蒸气在吸湿剂的微孔表面上凝结，湿空气含湿量降 低，温度升高，其过程（AD）近似于等焓降湿过程。
状态为A（iA，dA）的湿空气，质量流量为GA（kg/s）；
状态为B（iB，dB）的湿空气，质量流量为GB（kg/s）；
混合状态为C（iC，dC） 混合后的空气质量流量为：GC=GA+GB 根据热平衡关系式： GA iA + GB iB=（GA+GB）iC 根据湿平衡关系式： GA dA + GB dB=（GA+GB）dC 混合后空气焓值：
iB i A dB d
A
i d
ε角系数线
iB i A dB d
A
i d
二、湿空气的焓湿图
沿横轴方向绘制干球温度线。干球温度线是直线，但线间不 是严格平行的，而是稍微向左偏斜。 图右边的纵轴为含湿量，轴上水平线的间距均匀，饱和状态 曲线从左到右向上倾斜。 干球温度、湿球温度和露点温度在饱和曲线上相重合，与饱 和曲线形状类似的相对湿度线每隔一定间隔出现。 等比焓线在图的左边倾斜地划出，平行的比焓线向右斜下。
湿空气的性质及湿度图
最后求出tw=34.9 ℃ 14
1.2 湿空气的 H-I 图（Humidity Chart)
15
1.2 湿空气的 H-I 图
一、H-I图的绘制(Plotting of H-I Chart)
1.等湿(等H线)线群 (Lines of Constant Humidity)
平行于纵轴，H的读数范围： 0～0.2 kg/kg 绝干气 16
Q S(t tw)
N k H H s,tw H S
Q 传热速率
空气向水的对流传热系数，W （/ m2.o C）
其中
S 空气与湿纱布的接触面积，m2 N 水分向空气的扩散速率，kg / s
kH 以湿度差为推动力的传质系数，kg /(m2 s H ) H s,tw tw下湿空气的饱和湿度, kg / kg绝干气
干球温度t ：普通温度计所测之温度
湿球温度tw：实验装置见下页，假设： a 开始时湿纱布水温与空气温度 t 相同 b 空气不饱和
则：水分气化与扩散 (需要热量） 湿纱布水温
传热（由空气 湿纱布）
当传递的热量=气化所需潜热时，湿纱布中水温
维持恒定值tw。
7
1.1 湿空气的性质
8
1.1 湿空气的性质
H 0.622 pw P pw
饱和湿度(Saturation Humidity)
Hs
0.622 ps P ps
f (P,t)
3
1.1 湿空气的性质
2、相对湿度 (Relative Humidity)
pw 100 %
ps
H 0.622pS P pS
湿度是湿空气含水量的绝对值；相对湿度代表空气 的饱和程度，由其可判断湿空气能否作为干燥介质。
第二节 湿空气的性质和湿度图
第二节 湿空气的性质和湿度图湿空气是绝干空气和水气的混合物。
对流干燥操作中，常采用一定温度的不饱和空气作为干燥介质，因此首先讨论湿空气的性质。
由于在干燥过程中，湿空气中水气的含量不断增加，而绝干空气质量不变，因此湿空气的许多相关性质常以1kg 绝干空气为基准。
7-2-1 湿空气的性质一、湿空气中水分含量的表示方法1．水气分压p 干燥操作压力一定时，湿空气的总压p t 与水气分压p 和绝干空气分压p g 关系如下：p t = p + p g当操作压力较低时，可将湿空气视为理想气体，根据道尔顿分压定律： gV g n n p p = （7-1） 式中 n V ——湿空气中水气的摩尔数；n g ——湿空气中绝干空气的摩尔数。
2．湿度H 又称湿含量，其定义为单位质量绝干空气所带有的水气质量，即 gV g g V V n n .M n M n H 6220===量湿空气中绝干空气的质湿空气中水气的质量 （7-2）式中 H ——湿空气的湿度，kg 水气/kg 绝干空气；M v ——水气的摩尔质量，kg/kmol ；M g ——绝干空气的摩尔质量，kg/kmol 。
常压下湿空气可视为理想气体，根据道尔顿分压定律： pp p H t -=622.0 （7-3）可见湿度是总压p t 和水气分压p 的函数。
当空气中的水气分压等于同温度下水的饱和蒸气压p s 时，表明湿空气呈饱和状态，此时湿空气的湿度称为饱和湿度H s ，即 st s s p p p .H -=6220 （7-4） 式中 H s ——湿空气的饱和湿度，kg 水气/kg 绝干空气；p s ——空气温度下水的饱和蒸气压，kPa 或Pa 。
3．相对湿度ϕ 在一定温度和总压下，湿空气中的水气分压p 与同温度下水的饱和蒸气压p s 之比的百分数，称为相对湿度，以ϕ表示： %p p s100⨯=ϕ （7-5）当p =0时，ϕ=0，此时湿空气中不含水分，为绝干空气；当p =p s 时，ϕ=1，此时湿空气为饱和空气，水气分压达到最高值，这种湿空气不能用作干燥介质。
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d2-d1 h水
q h1 d2 d1 h水 h2
q h2 h1 d 2 d1 h水 h2 h1
设t不变 12
1
设 不变
13
d
五、绝热混合过程
d1 ma1 d2 ma2
空调工程常用方法
d3 ma3
ma1 ma 2 ma3 ma1d1 ma 2d2 ma3d3
上部未饱和线 下部无意义 0 干空气d=0
d
焓湿图的结构
4、 线 d h ts=99.63oC
h t
ps (99.63) pb
ps (t ) d 0.622 pb ps 22 1
100%
2
h 1
2 1 2'
2’ 1 3
4
d
三、绝热加湿过程
d1 h1 t1 d2 h2 t2
d2-d1 h水
h
1 2 1
向空气中喷水，汽化潜热 来自空气本身，t
蒸发冷却过程
h1 d2 d1 h水 h2
h1 h2
d
t
0
d
四、加热加湿过程
d1 h1 t1 q d2 h2 t2 h3 h2 h h1 1 3 2
表明湿空气与同温下饱和湿空气的偏离程度 反映所含水蒸气的饱和程度
越干燥，吸水能力强
越湿润，吸水能力低
3、含湿量
湿空气中干空气的量总不变，以此为计算基准
含湿量
mv d ma
kg水蒸气/kg干空气
pvV mv RvT pv Ra pv 287 d ma paV pa Rv pa 461.9 RaT pv ps 0.622 0.622 p pv p ps
2
2 q h2 h1
q h2' h1 2’
1
2 1 2'
2’ 1
kJ/kg干空气 kJ/kg干空气
d
二、冷却去湿过程
d1 h1 d4 h4 q d -d h 1 4 水
h1 h4 d1 d4 h水 q q h1 h4 d1 d4 h水
h
与 t 很接近
人为将
h
旋转135度
d
焓湿图的结构
3、 t 线 h 等干球温度线
h d t 2501 1.863t Const 0
h
t
正斜率的直线 d
焓湿图的结构
4、 线 h h 1.005t d (2501 1.863t ) 等相对湿度线 h ps (t t) d 0.622 是一组向上凸 pb ps (t ) 的线 100% 100% 饱和线
焓湿图的结构
8、热湿比 已知初态1 h h
2
1 t
4000
过程斜率已知 可确定终态
100%
pv 4000
d
焓湿图的结构
不同的pb 不同的h-d图 h h t
100%
pv
d
§8-5 湿空气的基本热力过程
一、单纯加热或冷却过程 d不变
2
h
1
q 加热 h 放热 h 1 1
1. 绝热饱和温度法
T2 T
1 d1
2 mf
2
1
s
湿球温度
2. 干湿球温度法 球面上 蒸发热=对流热 tw绝热饱和温度
1
t-tw
t-tw
t = tw= ts(pv)
图5-9 干湿球温度计
干球温度,湿球温度与露点温度
1 1
T
t > tw> td t = tw= td
t tw td
4.掌握湿空气的基本热力过程的计算 和分析。
§8-1 湿空气的性质
空调、通风、烘干、冷却塔、储存 湿空气＝（干空气＋水蒸气） 理想混合气体 p pa pv 分压低
湿空气与一般理想混合气体的最大区别
水蒸气的含量是变量!!
冷却塔照片
未饱和湿空气和饱和湿空气
水蒸气 过热蒸汽
饱和蒸汽
1、未饱和湿空气
1kg干空气的湿空气的容积 m3/kg
V mRM T m RM T ma M RM T v va ma ma Mp ma M pa M a m pa M a
mRM T V pM
na ma M pa xa p p p n Ma m
分压定律
§8-3
湿球温度
无法直接测量,间接方法
五、绝热混合过程
d1 ma1 d2 ma2 h1 d3 ma3 h h3 h2 ma1 2 ma2 1
3
1
h3 h2 h1 h3 ma1 d3 d 2 d1 d3 ma 2
d
h 1.005t d (2501 1.863t )
湿空气的熵
S (T , p) ma sa (T , pa ) mv sv (T , pv ) s(T , p) ma ma sa (T , pa ) d sv (T , pv )
kJ/kg干空气.K
湿空气的容积
T
ps pv
干空气 ＋ 过热水蒸气
pv < ps(T)
加入水蒸气，pv
s
未饱和湿空气和饱和湿空气
2、饱和湿空气
干空气 ＋ 饱和水蒸气
T
ps
pv ＝ ps(T)
温度一定，不能 再加入水蒸气
s
从未饱和到饱和的途径
1、 T 加水蒸气
pv
2、 pv
T
，T
3、 pv 不变，T b
a a a
b c d
ps
pv
d
？
§8-2 湿空气的焓、熵和容积
以单位质量干空气为基准，理想混合气体
H ma ha mv hv h ha d hv kJ/kg干空气 ma ma
工程上，取0oC时 温度t下 干空气的焓 ha=0 饱和水的焓hv=0
干空气的焓 ha c pt 1.005t
水蒸气的焓 hv 2501 1.863t
d
焓湿图的结构
5、 pv 线 d
pv d 0.622 pb pv pv 0.622 pb
h h t
100%
pv
d
焓湿图的结构
6、露点td pv下饱和 湿空气 1 td h h t
100%
pv
d
焓湿图的结构
7、湿球温度tw h 绝热饱和温度 t h1 hw tw td
s
图5-9 干湿球温度计
§8-4 湿空气的焓湿图与热湿比
湿空气的参数很多，有多少独立的变量
根据相律
r k f 2 3
组元数 2 相数 1
p b, h , d
固定
pb= 0.1MPa
焓湿图
焓湿图的结构
1、 d 线 h
d=0 干空气
2、 h 线
135度 h
h 1.005t d (2501 1.863t )
每1m3湿空气中所含的水蒸气的质量
pvV mv RvT
绝对湿度
kg水蒸气/m3湿空气
mv pv 1 v 不常用 V RvT vv
T , pv下水蒸气的密度
2、相对湿度
在相同的温度下： 0 pv ps (T ) 相对湿度
pv ps
＝ 1 饱和湿空气 0 < < 1 未饱和湿空气 ＝ 0 干空气
ma1d1 ma1 dm 2ma 2 3a 1d d 2 d3 ma 2 ma 2 d1 m da32
ma1h1 ma 2 h2 ma3h3
ma1 h3 h2 d3 d 2 ma 2 h1 h3 d1 d3
h3 h2 h1 h3 d3 d 2 d1 d3
湿空气的性质及 湿空气湿度的计 算方法
本章学习内容
1 研究气体流动过程中 状态参数变化 气流速度变化 能量转换 的规律
2 研究影响气体在管内流的
管道截面积的变化
系统的外部条件
基本知识点
1. 理解绝对湿度、相对湿度、含湿量、 饱和度、湿空气密度
2. 干球温度、湿球温度、露点温度 和角系数等概念的定义式及物理意义。 3.熟练使用湿空气的焓湿图。
a 4、 v
s
c d
结露 Td 露点温度
e
a
e
结露与露点
Td = Ts(pv)
湿润的夏天水管上常出现水珠? 干燥的冬天pv小， td<0.0 oC 结霜
T
结雾？
d
pv=0.04bar 大气温度t=30oC td=28.98oC 冷水管t=20oC
s
湿空气的湿度
湿空气中所含水蒸气的量 1、绝对湿度
h t
100%
pv
d
焓湿图的结构
8、热湿比
h2 h1 h d 2 d1 d Const
h
h
0
Ⅲ
Ⅱ
Ⅰ 100%
t 4000
p h-d图上为直线 角系数：过程方向 v Ⅳ 与特征 Ⅰ: h 0, d 0 Ⅱ : h 0, d 0 d Ⅲ : h 0, d 0 Ⅳ : h 0, d 0